Badanie naprężeń własnych za pomocą ultradźwięków Bolesław AUGUSTYNIAK

Założenia metody UD Prędkość fali UD zależy od naprężenia Zależności te opisuje nieliniowa teoria sprężystości

Liniowa teoria zależności v(naprężenie) r gęstość l, m - stałe Lamego (drugiego rzędu) V11 – fala podłużna V12– fala poprzeczna Wskaźniki ij oznaczają: i – kierunek propagacji fali, j – kierunek drgań Naprężenie zmienia gęstość – a więc i prędkość

Nieliniowa teoria sprężystości model Hughes i Kelly (1953) - prędkość fali UD z uwzględnieniem członów 3-go rzędu w energii sprężystej

Wyrażenie na v(naprężenie) Wskaźniki ijk : i – kierunek propagacji fali, j – kierunek drgań cząstek, k – kierunek naprężenia l, m, n : stałe sprężystości trzeciego rzędu

Wyrażenie na v - pozostałe

Metodyka skalowania 1 – materiał 2 – układ ND fal przypowierzchniowych podłużnych i poprzecznych 3 – głowica fal podłużnych i poprzecznych oróżnej polaryzacji

Wynik kalibracji 11 – podłużna , || , 12 – poprzeczna, ||  21 – poprzeczna, , polaryzacja ||  23 - poprzeczna, , polaryzacja   22 - podłużna, 

Wpływ naprężeń na prędkość różnych fali UD

Stałe 2-ego i 3-ego rzędu dla stali [MPa ]

Metoda uproszczona Kierunki: i – fali, j – drgań, k - naprężenia

Wpływ temperatury na zmianę prędkości Dla v = 5000 m/s zmiana 10 m/s to około 0,2 % v Równoważna jest naprężeniu 150 MPa dla fal L

Pomiar prędkości metodą czasu przelotu

Pomiar czasu przelotu metodą ‘echa’ The signal records is analyzed in frequency domain, Fig.3. Unwrapped phase characteristics q(f) in an optimally selected frequency band is linearized by the least square method. The wave-path time shift t may be determined by relations qlin = 2p(const.-t.f) and t = t(s) - t(0). The deviation of the phase q(f) from the straight line qlin is plotted in lower part. Small fluctuations around lincarized phase characteristics are visible in the case of the transmitted T-wave.

Pomiar czasu przelotu metodą fali ciągłej a) Magnitude R(f) of the swept harmonic L- wave generated in a specimen. b) Evaluation of the first L-wave reflection time delay tR. c) Comparision of phase oscillations q - q lin with its theoretical prediction (8) of f(f) assuming tR = L0/c

Głowice UD do badań naprężeń Fale przypowierzchniowe , DEBRO, IPPT

Fale przypowierzchniowe , DEBRO, IPPT Pomiary dla szyn Fale przypowierzchniowe , DEBRO, IPPT

Pomiary dla szyn -weryfikacja DEBRO, IPPT

Pomiary dla kół kolejowych Wieńce monobloków DEBRO, IPPT, fale poprzeczne liniowo-spolaryzowane

Pomiary dla kół kolejowych DEBRO, IPPT, Fale podpowierzchniowe – naprężenia na powierzchni Fale poprzeczne – naprężenie średnie na szerokości wieńca

DEBRO, IPPT, Pomiary dla wałów Naprężenia wzdłużne na powierzchni wału , uśrednione dla 20 cm, Fale pod-powierzchniowe

Pomiary dla spoin – układ głowic

Pomiary dla spoin – rozkład naprężeń

Wnioski Zalety Wady 1. Można badać naprężenia przypo-wierzchniowe i uśrednione w głębi każdego materiału sprężystego 2. Jest znany model – nieliniowa teoria akusto-sprężystości 3. Ciągle rozwijana 1. Bardzo trudna technika pomiaru czasu przelotu fali 2. Konieczność uwzględniania wpływu temperatury oraz tekstury 3. Zastosowano praktycznie tylko do szyn i kół oraz wałów

Pomiary naprężeń - efekt dwójłomności fal (new) Naprężenia wewnątrz ściskanego wałka ceramicznego Dreszer USA,